给排水管道顶管施工关键技术

叶继红

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

1 工程概况

在南宁市安武大道（秀峰路—朝阳溪污水厂）污水管工程中，南、北两侧非机动车道下已建有污水管，且该路段的污水在秀峰路与安武大道交叉口处排往秀峰路污水管。但目前秀峰路无现状道路及现状污水管，造成安武大道污水管无排水出路，因此需新建污水管。

本项目新建的污水管布置在道路北侧规划绿化带或道路红线外，污水管管径分别为0.8，0.5m，管径0.8m采用机械顶管施工，管径0.5m采用开槽施工。

2 给排水管道顶管施工特点及应用

2.1 给排水管道中顶管施工特点

顶管施工技术是先进的地下管道施工技术。因顶管施工可采用非开挖技术实现给排水管道在建筑物、道路或河流下的穿越，施工过程中占地面积小，可减少对既有建筑或道路的破坏，不仅能加快施工进度、缩短工期、减少施工成本和资金的投入，还能避免施工过程中对交通运输和周边居民生活的影响。

此外，顶管施工技术产生噪声小、粉尘密度低，有利于减少地下给排水管道施工过程中对周边环境的污染，对周边居民及施工人员的身体健康影响较小。

2.2 给排水管道中顶管施工技术的应用

给排水管道的顶管施工技术主要应用于繁华地段施工、市政管网建设及旧城改造等施工环境中。在城市中人群流量大的繁华地段及交通流量大的地区给排水管道施工中，采取顶管施工技术可以避免地面开挖，不破坏已有道路，从而确保交通的正常通行，缓解交通压力。

3 给排水管道顶管施工技术流程

3.1 泥水平衡顶管施工流程

本工程采用泥水机械顶管施工。泥水平衡顶管施工流程如图1所示。

图1 泥水平衡顶管施工流程

3.2 千斤顶的选用

本工程顶管施工时，拟选用2台200t的千斤顶进行顶进，要求将顶力控制在1 400～2 000kN。根据现场实际情况，800mm顶管顶进长度L取89m；管外壁与土的单位面积平均摩阻力f取4kN/m2；管外径Dg取1.02m；平衡控制土压力P取200kN/m2。顶管顶力计算如下：

经计算，Fp=1 461kN。因此，依据计算公式、顶管尺寸、外界条件等因素，本工程800mm直径顶管拟采用2台200t液压千斤顶提供推力。

4 给排水管道中顶管施工技术要点

4.1 顶进管选用

顶管施工技术涉及许多领域的相关知识，施工过程较复杂，顶进管的选择对于给排水管道中顶管施工的顺利进行十分重要。在选择顶进管时，对材质、长度、承载力及直径等要求十分严格。常用的顶进管是钢筋混凝土管，但在腐蚀程度高的地下环境中，钢筋混凝土管的使用寿命将极大降低，因此，要结合周边的地质环境合理选择顶进管，保证给排水管道的使用寿命，减少后期维护成本。

顶进管的内径需严格按照施工方案进行确定，外径可根据现场实际情况进行选择，确保施工顺利进行。

4.2 顶管井选用

给排水管道施工中常用的顶管井结构主要是钢筋混凝土结构，施工过程中需用到工作井和接收井。顶管井的形状受其结构的影响，如单孔井常为圆形、正方形或矩形。

顶管井的形状决定其能承受多大的作用力，不同形状顶管井承受力的大小为：圆形＞正方形＞矩形。当顶管井需要承受的作用力较大时，可在井内设置内撑，以保证结构的稳定。

4.3 施工前准备

给排水管道施工工艺复杂，对施工质量要求高，具体要求如下。

1）施工准备阶段要详细研究了解施工图纸内容，明确轴线、高程等标注事项。

2）施工前完成相关资料的准备工作，结合现场实际情况做好施工方案的编制。

3）做好现场设备的安装，确保设备满足规范要求，设备使用前需做好相应的检测和加固工作，对主要的设备如顶管设备、液压千斤顶等进行性能检测。

4）施工材料要准备充足，避免或减少因材料不足或质量不符对施工过程的影响。

5）根据设计图纸和施工方案做好施工场地的位置确定，保证给排水顶管施工的顺利进行。

4.4 顶管施工

顶管施工要依据施工方案的要求，借助顶进设备将顶管送至规定位置。给排水顶管施工前要做好工作井和接收井的设置，以确保工作井能满足千斤顶的使用要求。不仅如此，顶进过程中由机头控制方向，将准备好的顶管推进指定位置，将前端土体排出。

5 施工注意事项

5.1 压浆

5.1.1 泥浆套的利用

给排水管道的顶管施工过程可利用泥浆套减少推进过程的阻力，其在施工过程中也可起到支撑作用。泥浆套可采用触变泥浆制成，在顶管过程中将减阻泥浆注入管道外壁。在施工过程中，要关注尾端压浆工作，管道的中部管节要及时进行补浆。

5.1.2 管道压浆

管道的压浆过程可有效避免施工产生的地面沉降，在顶管施工完成后可在顶管外壁喷射水泥浆，喷浆设备可采用高压注浆机。灌注浆液可采用1∶1水灰比的水泥砂浆，通过加入对钢筋混凝土没有侵蚀作用的外加剂，可提高浆液的流动性，利于灌浆。灌浆过程中设置的压力由小到大逐渐增加，孔口灌浆压力值可设置为200kPa。

5.1.3 灌浆

若使用充填压入式的灌浆方式，则需先进行下游孔的灌浆后，再进行上游孔的灌浆。灌浆孔的次序要提前划分，施工中必须按照顺序进行，避免对工程质量造成影响。在设计灌浆压力下，当单位吸浆量＜0.12（或0.14）L/min，继续施灌30（或60）min，即可结束。

灌浆流程结束后要采用木塞封闭。当浆液满足终凝条件时，取出木塞并采用M10水泥砂浆继续灌实，结束后表面抹平。顶管施工前每节管道须预留灌浆孔，并预先封堵，在实施回填灌浆前将各预留灌浆孔打开。灌浆孔的灌浆过程必须连续，中间不能间断。

5.2 纠偏

给排水管道的顶进路线必须与施工方案的路线相一致，利用监测仪器和检测设备对施工中可能存在的问题进行实时监测分析，出现的问题和偏差要及时给予纠正。顶管的顶进频率一般是30min/次，每次顶进1m的距离，每顶进1个管节就要测量1次轴线，检测中心线是否符合要求，必要时进行多次复测，可利用激光仪和铅锤测量，从而保证中心线的精度，避免产生偏差。

为保障周边环境的安全，本工程采用精密水准仪进行地面沉降监测。在主要行车道及周边地面布设观测点，每20m布置1条横测线。将观测点定期观测的数据与初始数据相比较，沉降值与允许沉降值接近时需进行地层加固。

5.3 进出洞

给排水管道中顶管施工的工作井预留洞口直径比管节外直径大，以保证顶管的出洞。顶管施工完成后要对产生的间隙进行封闭，封闭的方式可采用洞口止水法。

5.4 防水加固

复杂地质条件下的给排水管道施工难度较大，特别是含水率大、土质疏松、易塌方等地区，要避免顶管施工过程中砂石的涌入，因此要做好防水和加固工作。

6 结语

给排水管道顶管施工技术是较先进、科学的施工技术，既能提高施工效率，缩短工期，降低施工成本，又能减少对现有建筑物和设施的破坏，保证交通运输的正常运行，从而降低施工噪声和粉尘的形成，避免对周边居民日常生活的影响。本工程采用泥水平衡顶管掘进机进行给排水管道的顶进工作，可降低施工过程中对周围土体的扰动，减少对地面沉降和隆起的影响，对顶管施工技术在给排水管道中的运用和发展起到良好的促进作用。